СТБ EN 13941 - 2009 Проектирование и монтаж систем предварительно изолированных трубопроводов централизованного отопления

Подождите немного. Документ загружается.

СТБ EN 13941-2009

и подстановке вычисленных значений в выражение:

При использовании в качестве Т

температуры в момент монтажа в холодном состоянии.

Максимальное смещение конца при нагреве трубы до температуры T

(при ΔT = T

–T

) равно:

Если трубопроводная система имеет равные расстояния между компенсаторами, то зазор в

компенсаторе должен быть:

Δи = 2u

Чтобы увеличить расстояние 2*l

all

между компенсаторами, вокруг трубы может быть обернута

фольга (“скользящая оболочка”), которая уменьшит коэффициент трения μ, и силу трения F.

Коэффициент уменьшения должен выбираться с особой тщательностью на основе состояния

локального грунта, свойств фольги и засыпки траншей.

Если используется фольга с большой силой трения (чтобы увеличить расстояние между двумя

компенсаторами, то следует обратить внимание на возможные смещения соседних изгибов !

C.7 Расчет напряжений

C.7.1 Основные принципы

Величина напряжения в элементе может быть получена путем умножения максимального

напряжения (мембранного напряжения) в эквивалентной прямой трубе на коэффициент

концентрации напряжений, i

(для текущего типа ударной нагрузки), для элемента.

Данный метод предполагает, что значение i

в горячей точке используются в комбинации с SN-

кривыми при одноосных испытаниях.

Анализ напряжений выполняется путем расчета нагрузок и деформации по упругой модели.

Напряжения рассчитываются в предположении линейности условий упругости. Напряжения в

горячей точке рассчитываются с помощью i-коэффициентов (коэффициенты концентрации

напряжений, согласно разделов 6.7.3 - 6.7.6) или с помощью метода конечных элементов.

Альтернативным методом является использование i-коэффициентов, полученных с помощью

“экспериментального метода”, смотрите Power Piping (трубопроводы подачи тепла), ASME B 31.1.

В этом случае должна использоваться соответствующая SN-кривая.

C.7.2 Упрощенная процедура

Для проектов класса A и B проектирование и монтаж могут выполняться на основе

зарегистрированных обобщенных расчетов и инструкций, смотрите раздел 6.2.

C.7.3 Анализ поперечного сечения, сталь

Мембранные напряжения, σ

, являются средними напряжениями по толщине стенки, тогда как

результирующие напряжения, σ

res

, определяют все существующие напряжения, то есть,

мембранные напряжения, плюс напряжения, изменяющиеся по толщине стенки.

Мембранные напряжения имеют положительный знак при растяжении и отрицательный – при

сжатии.

Радиальные напряжения, обусловленные превышением внутреннего давления, не включены в

следующие формулы, вследствие их ограниченного значения.

Отдельные элементы расчетного напряжения определяются с помощью следующих выражений.

Эти выражения определяют верхний предел напряжений. При использовании упрощенного

анализа, можно с достаточной степенью безопасности предположить, что максимальные

напряжения проявляются в одном и том же месте. Для получения информации относительно

198

СТБ EN 13941-2009

величины и местоположения, реально существующих напряжений, обратитесь к

специализированной литературе.

Напряжения и внутренние силы представлены на рисунке C.5

Для расчета моментов сопротивления сечений и областей, необходимо использовать толщину

стенки меньше возможного припуска на коррозию. Для трубопроводов централизованного

теплоснабжения припуск на коррозию обычно оценивается как 0.

Моменты сопротивления области и сечения могут быть рассчитаны с помощью выражений:

При расчете тройников используются следующие значения: наружные диаметры d

и d

, и

толщины t

и t

для проходной трубы и ответвления, соответственно.

Таблица C.5 — Расчет напряжений

Максимальное осевое напряжение:

Максимальное касательное

напряжение:

Максимальное тангенциальное

напряжение:

p имеет положительное значение при превышении внутреннего давления.

Первый член в выражении для определения σ

определяет мембранное напряжение,

обусловленное внутренним давлением, тогда как второй член (напряжение “овализации” под

действием внешних моментов) используется только при расчете результирующих напряжений.

- результирующая продольная нагрузка, включая вклад от давления.

При расчете напряжений в анализе усталости, Δσ

, Δτ и Δσ

,, значения ΔN, ΔM, ΔV и Δp должны

использоваться в выражениях, представленных в таблице C.5. Необходимо рассматривать все

изменения воздействий (охлаждение-нагрев, нагрев-охлаждение).

Δσ

- напряжения при “овализации”, обусловленные, например, давлением почвы и трафиком.

Влиянием давления почвы и воздействия от трафика обычно можно пренебречь, при размерах

трубы d

< 300 мм.

При d

> 300 мм, напряжения “овализации”, обусловленные давлением почвы и воздействием

трафика обычно не будут иметь решающего значения, но также должны быть проверены.

Внутреннее давление будет препятствовать “овализации” и, таким образом, снижать эти

напряжения. Поэтому напряжения “овализации” не должны добавляться к напряжениям,

обусловленным внутренним давлением.

Расчет коэффициентов концентрации напряжений i

и i

- i

для ряда элементов трубы

представлен в разделах C.7.4 - C.7.7.

199

СТБ EN 13941-2009

Рисунок C.5 — Компоненты напряжений и внутренние силы

Базовое напряжение вычисляется на основе вышеуказанных составляющих напряжения

(рассчитанных со знаком) по формуле Треска или фон Мизеса:

Вышеуказанный метод вычисления приблизителен, поскольку он предполагает, что все пиковые

напряжения относятся к одной и той же точке, и складываются, хотя они не обязательно

расположены в этой точке поперечного сечения.

C.7.4 Прямые трубопроводы

Прямые трубы

(мембранные напряжения) и σ

res

(результирующие напряжения):

Таблица C.6 — Коэффициенты усиления напряжений для прямых труб

C.7.4.1 Стыковые сварные швы

Таблица C.7— Коэффициенты усиления напряжений для стыковых сварных швов, одна и та

же фактическая толщина стенки (смотрите рисунок C.6)

200

СТБ EN 13941-2009

k изменяется в интервале от 1.4 до 1.9

ЗАМЕЧАНИЕ Коэффициент 1,3 используется при нормальном контроле сварного шва (5, 10 и 20 %

в проектах классов A, B и C). Если контроль сварного шва расширяется до 10, 20 и 100 % , в

проектах классов A, B и C, то коэффициент может быть уменьшен до 1.1.

Рисунок C.6 — Рассогласование стыкового сварного шва

Стыковые сварные швы при различных толщинах стенок выполняются без последующего прохода

для провара корня шва. Соединение удовлетворяет требованиям, определенным в разделе 8.5.8.

Таблица C.8— Коэффициенты усиления напряжений для стыковых сварных швов при

различной толщине стенок (смотрите рисунок C.7)

Максимальное значение k равно 1.9

ЗАМЕЧАНИЕ Коэффициент 1,5 используется при нормальном контроле сварного шва (5, 10 и 20 %

в проектах классов A, B и C). Если контроль сварного шва расширяется до 10, 20 и 100 % , в

проектах классов A, B и C, то коэффициент может быть уменьшен до 1.3.

201

СТБ EN 13941-2009

Рисунок C.7 — Стыковой сварной шов при различной толщине стенок

C.7.5 Изгибы

Метод, описанный ниже и предназначенный для изгибов, основан на существующей практике.

Последние работы в этой области показали, что пластическая деформация при изгибах труб с

большим диаметром больше, чем при изгибах с более малым диаметром. В предполагаемом

предельном состоянии пластической усталости это не учитывалось.

I-коэффициенты действительны для плоских и более сложных изгибов.

Таблица C.9 — Коэффициенты усиления напряжений для изгибов

Максимальным напряжением является напряжение “овализации”, a

, а для плоского изгиба оно

проявляется на согнутой стороне (Ф= 0

и 180

на рисунке C.7).

Для плоского изгиба максимальное осевое напряжение, σ

, проявляется в районе 70

от плоскости

симметрии изгиба (Ф = 20

, 160

, 200

и 340

). Максимальное осевое напряжение на стороне

изгиба (Ф= 0

и 180

, в местах, где существует максимум напряжения “овализации”) может быть

оценено при помощи коэффициента концентрации напряжений 0,5 i

При сложном изгибе и комбинациях плоского и сложного изгибов, при расчете базовых напряжений

необходимо использовать предельные значения σ

и σ

, или можно использовать более точный

метод, описанный ниже.

Если изгиб трубы подсоединяется к фланцу с одной стороны, k

, i

и i

следует умножить на h

1/6

Если фланцы имеются с обеих сторон изгиба, то k

, i

и i

следует умножить на h

1/3

где

и i

после умножения должны оцениваться, как минимум, 1.0.

Если при расчете упругости изгиба трубы рассматривается влияние распирания стенок при

превышении давления, то i

и i

следует разделить на:

202

СТБ EN 13941-2009

после деления i

и i

должны оцениваться, как минимум, 1.0.

Для более точного расчета напряжений и локализации напряжений можно использовать

приведенные ниже формулы.

Эти формулы учитывают влияние возврата к круглой форме трубы и должны использоваться

только в случае, когда коэффициент упругости, k

, уменьшается, вследствие повышения давления;

смотрите раздел C.6.2. С другой стороны, изгибающие напряжения должны рассчитываться при p

= 0, с помощью формул, приведенных ниже.

Рисунок C.8 — Локальная система координат для изгибов

Мембранные напряжения σ

равны

Результирующие напряжения σ

res

равны

Коэффициенты усиления напряжений:

= 1 – снаружи, i

= d

/ d

внутри

203

СТБ EN 13941-2009

Таблица C.10 — Коэффициенты усиления напряжений для изгибов

Неортогональный момент,

ΔM

Момент, действующий в

плоскости, ΔM

Снаружи

= i

amy

+ν i

tby

= i

tby

= i

amz

+ν i

tbz

= i

tbz

Внутри

= i

amy

- ν i

tby

= - i

tby

= i

amz

- ν i

tbz

= i

tmz

- i

tbz

Для неортогональных моментов, ΔM

Для момента, действующего в плоскости, M

где

С.7.6 Тройники

В тройниках максимальные мембранные напряжения, обусловленные повышением внутреннего

давления, проявятся в точке А (верхняя точка), показанной на рисунке C.9, поскольку ударная

нагрузка, обусловленная действием внутренних сил, ограничена этой точкой.

Максимальные напряжения под действием внутренних сил, действующих в проходной трубе и

отводе (включая нормальную силу, обусловленную давлением) обычно существуют около точки B

(седловая точка), показанной на рисунке C.9, поскольку превышение внутреннего давления имеет

здесь незначительную величину. При больших моментах, действующих в плоскости изгиба,

максимальные напряжения могут проявиться в точке A.

Однако, упрощенный метод анализа, описанный ниже, предполагает, что при анализе усталости

все напряжения относятся к точке B.

Следовательно, в большинстве случаев будет достаточно оценить предельное состояние A1 в

точке A и предельное состояние B1 в точке B.

Таким образом, проверка нагрузки должна проводиться отдельно для обеих точек. Для

трубопроводов с большими нормальными нагрузками, точка B обычно является решающей при

204

СТБ EN 13941-2009

проведении измерений.

Вклады напряжений вычисляются с помощью выражений, представленных в разделе C.7.3,

используя значения i

, i

- i

, d, t, W, и А, для проходной трубы и отводов, соответственно.

Рисунок C.9 — Обозначения, используемые для тройников

Коэффициенты усиления напряжений для тройников в точке A:

Таблица C.11 — Коэффициенты усиления мембранных напряжений в точке B тройника (все

типы)

Мембранные

напряжения σ

(ΔN

)

(ΔM

, ΔM

)

τ (ΔM

)

τ (ΔV

, ΔV

)

Проходная труба

Отвод

. k

2 r

. k

205

СТБ EN 13941-2009

Таблица C.12 — Коэффициенты усиления результирующих напряжений в точке B

Результирующие

напряжения σ

res

(ΔN

)

(ΔM

, ΔM

)

τ (ΔM

)

τ (ΔV

, ΔV

)

Заводской тройник

Проходная труба 1,2 k

2 k

Отвод (замечание 3)

к к к к

Сварной тройник

(замечание 1)

Проходная труба 0,7 k

0,6 k

1,2 k

, 0,6 k

Отвод (замечание 3)

0,4 k 0,4 k 0,4 k 0,4 k

Штампованный тройник

(замечание 2)

Проходная труба 0,8 k

0,1 k

1,4 k

0,1 k

Отвод (замечание 3) 0,7 к

0,1 к 0,1 к 0,1 к

= i

= 0 в точке B.

Коэффициенты уменьшения для мембранных напряжений:

ЗАМЕЧАНИЕ Сварной тройник обычно имеет размеры d

≤ 600 мм. Формулы для сварных

тройников применимы для размеров, соответствующих стандартам ISO 3419 и EN 10253-2.

Концентрации напряжений i

и i

указанные для результирующих напряжений, σ

res

, определяют

верхнее предельное значение i

и i

для мембранных напряжений σ

206

СТБ EN 13941-2009

Рисунок C.10 — Штампованный или кованный тройник

ЗАМЕЧАНИЕ 2 Формулы для штампованных тройников также можно использовать для тройников,

изготовленных с помощью сварки двух одинаковых частей. Коэффициент концентрации

напряжений i

и i

, указанные для результирующих напряжений σ

res

определенные для сварных

тройников дают верхние предельные значения i

и i

для мембранных напряжений, σ

, для

штампованных тройников.

ЗАМЕЧАНИЕ 3 Хотя метод конечных элементов дает более высокие значения для коэффициентов

усиления напряжений для отводов, предложенные значения соответствуют существующему

опыту. Более низкие значения, представленные здесь, предлагается использовать, среди других, в

предположении, что все напряжения относятся к точке B. В особых случаях (например, когда

тройник подвержен воздействию только со стороны отвода, дающего максимальные напряжения в

точке A) коэффициенты могут относиться к опасной стороне. В этом случае k

может быть задан с

помощью выражения:

При анализах усталости все напряжения относятся к точке B, смотрите рисунок C.8.

σ и τ вычисляются отдельно для проходной трубы и отвода, при нагрузках, действующих в

сечении, выбранных следующим образом:

При расчетах напряжений в точке B, обычно используются нагрузки и моменты, определенные на

пересечении центральных осей труб. Если d

< 0.5 d

, то могут использоваться силы и моменты,

действующие со стороны отвода, определенные на расстоянии 0.5 d

от центральной оси

проходной трубы.

Уменьшенные нагрузки и моменты используются для расчетов напряжений, обусловленных

силами и моментами, действующими в проходной трубе. Если M

и M

имеют одинаковые знаки, в

соответствии с рисунком C.8, то M

равен наименьшему значению из M

и M

. Если M

и M

имеют различные знаки, то M

= 0. Уменьшенные значения других сил и моментов, действующих в

проходной трубе, определяются соответственно.

Напряжения в точке B вычисляются как сумма вкладов отдельных напряжений, обусловленных

действием внутренних сил в магистральном трубопроводе и отводе.

207